Windows中Loader Lock引起的死锁问题

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发布时间：2025-09-17 08:31:21

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在程序开发中，常见的做法是将程序模块化，通常实现为动态链接库（dll）。在主程序启动时，可以通过隐式或显式的方式加载这些动态链接库。然而，在windows系统中，如果动态链接库的dllmain函数编写不当，可能会导致一些意想不到的bug，例如典型的loader lock死锁问题。这是一个许多windows开发者可能遇到的陷阱。

背景介绍

当主程序启动时，无论是通过隐式还是显式的方式加载动态链接库，都会调用动态链接库的DllMain函数。同样，当创建新线程时，线程启动过程中也会隐式地调用DllMain。为了确保多个线程按顺序调用DllMain，微软在内部使用了一个称为Loader Lock的锁，这个锁作用于整个进程。

例如，当使用LoadLibrary首次加载动态链接库时，调用顺序如下：

Windows中Loader Lock引起的死锁问题

由于存在这个隐式的Loader Lock，在编写DllMain时需要特别小心。以下是《Windows核心编程》书中20.2.5节的一个死锁示例：

BOOL WINAPI DllMain(HINSTANCE hInstDll, DWORD fdwReason, PVOID fImpLoad){
  HANDLE hThread;
  DWORD dwThreadId;
  switch (fdwReason){
    case DLL_PROCESS_ATTACH:
      // DLL被映射到进程的地址空间
      hThread = CreateThread(NULL, 0, SomeFuction, NULL, 0, &dwThreadId);
      WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
      CloseHandle(hThread);
      break;
    case DLL_THREAD_ATTACH:
      // 创建新线程
      break;
    case DLL_THREAD_DETACH:
      // 线程正常退出
      break;
    case DLL_PROCESS_DETACH:
      // DLL从进程的地址空间中卸载
      break;
  }
  return TRUE;
}

从上述示例可以看出，当DLL接收到DLL_PROCESS_ATTACH通知时，会创建一个新线程。系统会用DLL_THREAD_ATTACH通知新创建的线程调用DllMain。然而，由于之前的线程还在DllMain中等待新创建的线程执行完毕，并且占用了Loader Lock，新创建的线程将无法获得Loader Lock，从而导致死锁。

Windbg分析问题

在背景介绍中，我们了解到Loader Lock可能会导致一些隐含的Bug，因此在编写DllMain时需要格外小心。实际项目中的情况可能比上述示例更为复杂，但理解了原理后，问题的分析会更接近真相。以下是简化的一个实际项目中出现问题的逻辑：

Windows中Loader Lock引起的死锁问题

产品以Windows服务的形式存在，启动服务时首先加载A.dll。在A.dll的DllMain中创建一个线程Thread2（如果该线程接收到清理Log的Event，将会对Log进行清理）。然后加载B.dll，在B.dll的DllMain中检查log文件，如果其大小超过10M，则通知Thread2清理log，并等待Thread2完成清理（最多等待5分钟）。然而，当log文件超过10M时，启动服务有时会出现启动超时的情况。

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于是，我们使用Windbg附加到hang的主进程上，首先查看哪些锁被占用：

0:019> !locks
CritSec ntdll!LdrpLoaderLock+0 at 0000000077d17490
WaiterWoken        No
LockCount          12
RecursionCount     1
OwningThread       cb0
EntryCount         0
ContentionCount    d
*** Locked

可以看到，锁被线程cb0（十六进制）占用，并且从LockCount来看，还有许多线程在请求Loader Lock。使用"!thread"命令获取占用Loader Lock的线程cb0的顺序号为5（下面只列出了6个线程，实际上有几十个线程）：

0:019> !threads
Index  TID      TEB        StackBase      StackLimit      DeAlloc      StackSize      ThreadProc
0  0000000000000d4c  0x000007fffffdd000  0x0000000000130000  0x0000000000126000  0x0000000000030000  0x000000000000a000  0x0
1  0000000000000fc0  0x000007fffffdb000  0x0000000002490000  0x000000000248e000  0x0000000002390000  0x0000000000002000  0x0
2  0000000000000968  0x000007fffffae000  0x0000000002cc0000  0x0000000002cbe000  0x0000000002bc0000  0x0000000000002000  0x0
3  0000000000000914  0x000007fffffac000  0x0000000002dc0000  0x0000000002dbe000  0x0000000002cc0000  0x0000000000002000  0x0
4  0000000000000de4  0x000007fffffaa000  0x0000000002ec0000  0x0000000002ebc000  0x0000000002dc0000  0x0000000000004000  0x0
5  0000000000000cb0  0x000007fffffa8000  0x0000000002fc0000  0x0000000002f9a000  0x0000000002ec0000  0x0000000000026000  0x0

然后查看线程cb0的函数调用栈，它在xmodule3模块的DB_xxxxxxxxx函数中hang。这个函数就是之前提到的，通知清理log的线程并等待其完成清理（最多等待5分钟），这个线程正在等待。

0:019> ~5kv
Child-SP          RetAddr           : Args to Child                                                           : Call Site
00000000`02fbd558 000007fe`fdd81203 : 00000000`02fbd618 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : ntdll!NtDelayExecution+0xa
00000000`02fbd560 00000000`63151a35 : 00000000`00000008 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : KERNELBASE!SleepEx+0xab
00000000`02fbd600 00000000`6327299d : 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000010 00000000`002e2770 : xmodule3!DB_xxxxxxxxx+0x105
00000000`02fbd650 00000000`007fab85 : 00000000`00000001 00000000`00000004 00000000`00000268 00000000`02fbe3a8 : xmodule2!LM_xxxxx+0x18d
00000000`02fbe3e0 00000000`0082848d : 00000000`00000001 00000000`00000001 00000000`00000000 000012eb`e9b70b34 : xmodule1!ENG_xx+0x605
00000000`02fbee10 00000000`77c1b108 : 00000000`002cbb00 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00297bf4 : xmodule1!ENG_xxx+0x2065d
00000000`02fbee50 00000000`77c0787a : 00000000`00000000 00000000`002cbb00 00000000`02fbef60 00000000`00000000 : ntdll!LdrpRunInitializeRoutines+0x1fe
00000000`02fbf020 00000000`77c07b5e : 00000000`00000000 00000000`0012fc38 00000000`02fbf2c0 000007fe`fdd8da2d : ntdll!LdrpLoadDll+0x231
00000000`02fbf230 000007fe`fdd89059 : 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`0012fc38 00000000`00000046 : ntdll!LdrLoadDll+0x9a
00000000`02fbf2a0 00000001`40003b05 : 00000000`00000000 00000000`0012fc38 00000001`4000e3d8 00000000`00000000 : KERNELBASE!LoadLibraryExW+0x22e
00000000`02fbf310 00000000`757237d7 : 00000000`0096d840 00000000`0096d840 00000000`00000000 00000000`00000000 : XXXSvc+0x3b05
00000000`02fbff00 00000000`75723894 : 00000000`757d95c0 00000000`0096d840 00000000`00000000 00000000`00000000 : MSVCR80!endthreadex+0x47
00000000`02fbff30 00000000`779d652d : 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : MSVCR80!endthreadex+0x104
00000000`02fbff60 00000000`77c0c541 : 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : kernel32!BaseThreadInitThunk+0xd
00000000`02fbff90 00000000`00000000 : 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : ntdll!RtlUserThreadStart+0x1d

从上述信息可以看出，线程cb0一直在等待清理log的线程完成清理。那么，清理log的线程到底发生了什么呢？首先，log中记录了清理log线程的句柄为"17c"（十六进制）。查看其线程Id为5fc.890。

0:019> !handle 17c f
Handle 17c
  Type           Thread
  Attributes     0
  GrantedAccess  0x1fffff:
         Delete,ReadControl,WriteDac,WriteOwner,Synch
         Terminate,Suspend,Alert,GetContext,SetContext,SetInfo,QueryInfo,SetToken,Impersonate,DirectImpersonate
  HandleCount    4
  PointerCount   6
  Name           
  Object Specific Information
    Thread Id   5fc.890
    Priority    10
    Base Priority 0
    Start Address 75723810 MSVCR80!endthreadex

使用相同的方法查看清理log线程的函数调用栈，发现它在"ntdll!RtlpWaitOnCriticalSection"中，参数"00000000`77d17490"恰好是Loader Lock。终于真相大白了~~

0:019> ~6kv
Child-SP          RetAddr           : Args to Child                                                           : Call Site
00000000`0321f858 00000000`77c2e518 : 00000000`00000000 00000000`00000194 000007ff`fffa62c8 00000000`77c0c4fa : ntdll!ZwWaitForSingleObject+0xa
00000000`0321f860 00000000`77c2e40b : 00000000`00000001 000007ff`fffdf000 00000000`77be0000 00000000`77d17490 : ntdll!RtlpWaitOnCriticalSection+0xe8
00000000`0321f910 00000000`77c0c5dd : 00000000`00000000 000007ff`fffa6000 000007ff`fffa62c8 00000000`00000000 : ntdll!RtlEnterCriticalSection+0xd1
00000000`0321f940 00000000`77c0c44f : 000007ff`fffdf000 00000000`00000000 000007ff`fffa6000 00000000`00000000 : ntdll!LdrpInitializeThread+0x8d
00000000`0321fa40 00000000`77c0c34e : 00000000`0321fb00 00000000`00000000 000007ff`fffdf000 00000000`00000000 : ntdll!LdrpInitialize+0x9f
00000000`0321fab0 00000000`00000000 : 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : ntdll!LdrInitializeThunk+0xe

了解问题的根源后，解决这个问题也变得相对简单。通过这个案例，我们得到的启示是，尽量避免在DllMain中实现过多的逻辑。可以使用一个导出函数，在加载动态链接库之后，手动调用这个导出的初始化函数。

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